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KR100473823B1 - 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기 - Google Patents

냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기 Download PDF

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KR100473823B1
KR100473823B1 KR10-2002-0046370A KR20020046370A KR100473823B1 KR 100473823 B1 KR100473823 B1 KR 100473823B1 KR 20020046370 A KR20020046370 A KR 20020046370A KR 100473823 B1 KR100473823 B1 KR 100473823B1
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Abstract

본 발명은 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기에 관한 것으로, 압축기가 냉매를 압축하여 고온의 기체 상태로 만들면 온수 제조 장치는 고온의 냉매와 물의 열 교환을 통해 온수를 제조한다. 실외 열 교환기는 냉매와 외부 공기 사이의 열 교환을 수행하고, 냉/온수 제조 장치는 온수 제조 장치를 통과한 냉매와 물의 열 교환을 통해 온수를 제조하고, 실외 열 교환기를 통과한 냉매와 물의 열 교환을 통해 냉수를 제조한다. 이로써 본 발명에 따른 공기 조화기는 냉방 또는 난방을 수행하면서 동시에 온수 제조가 가능하다.

Description

냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기{AIR CONDITIONER HAVING COLD AND HOT WATER SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로, 특히 냉방과 난방이 모두 가능한 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적인 온수 제조장치에서는 화석 연료를 연소시킬 때 발생하는 열로 물을 가열하거나 전열기를 이용하여 물을 가열하는 방법이 주로 사용된다. 그 밖에, 공기조화기의 원리를 이용한 온수 제조장치가 있는데, 이 온수 제조장치는 냉매를 압축하여 고온·고압의 상태로 만든 후 고온의 냉매와 물 사이에 이루어지는 열 교환을 통해 물을 가열한다.
이와 같은 종래의 냉매를 이용한 온수 제조 장치를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 압축기(102)에서 고온·고압으로 압축된 냉매는 온수 제조 열 교환기(104)와 팽창 밸브(106), 증발기(108)를 거쳐 다시 압축기(102)에 유입된다. 온수 제조 열 교환기(104)에서는 냉매와 물 사이에 열 교환이 이루어진다. 즉, 고온의 냉매로부터 상대적으로 저온인 물로 열이 전달되어 냉매의 온도는 낮아지고 물의 온도는 상승한다. 온수 제조 열 교환기(104)를 통과한 냉매는 팽창 밸브(106)와 증발기(108)를 지나면서 저온·저압의 기체 상태로 되어 다시 압축기(102)에 유입된다.
온수 제조 열 교환기(104)에서 냉매로부터 열을 빼앗은 물은 온수 저장 탱크(112)에 저장되고, 저장된 온수는 온수 공급관(미도시)을 통해 필요한 곳에 공급된다. 이 온수 저장 탱크(112)에는 외부로부터 물이 급수되어 보충된다. 순환 펌프(110)는 온수 저장 탱크(112)와 온수 제조 열 교환기(104) 사이에 물이 강제 순환되도록 한다.
이와 같은 종래의 냉매를 이용한 온수 제조 장치는 공기 조화기의 원리 및 기본 구조를 이용하면서도 공기 조화 기능은 제공하지 않을 뿐만 아니라 온수 제조 기능만을 가지고 있을 뿐 저온의 냉수 제조 기능은 갖고 있지 않아 매우 시스템의 활용 범위가 매우 제한적이고 비효율적이다.
본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기는 공기 조화기에 냉수 및 온수 제조 장치를 설치하여 냉방 및 난방은 물론 온수를 제조하여 공급할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기에서, 압축기가 냉매를 압축하여 고온의 기체 상태로 만들면 온수 제조 장치는 고온의 냉매와 물의 열 교환을 통해 온수를 제조한다. 실외 열 교환기는 냉매와 외부 공기 사이의 열 교환을 수행하는데, 냉/온수 제조 장치는 온수 제조 장치를 통과한 냉매와 물의 열 교환을 통해 온수를 제조하고, 실외 열 교환기를 통과한 냉매와 물의 열 교환을 통해 냉수를 제조한다.
본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 3B를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에서, 압축기(202)는 냉매를 고온·고압의 기체 상태로 만들어 토출한다. 온수 제조 장치(204)는 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 물 사이에 열 교환이 이루어져 온수가 제조되는 열 교환기이다. 본 발명에 따른 공기 조화기에서는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하여 환경오염을 줄이도록 한다.
온수 제조 장치(204)에서 제조된 온수는 온수 저장 탱크(216)에 저장된다. 순환 펌프(214)는 온수 제조 장치(204)와 온수 저장 탱크(216) 사이의 물의 순환이 원활하게 이루어지도록 한다. 사방 밸브(206)는 본 발명에 따른 공기 조화기의 동작 모드(냉방 또는 난방)에 따라 냉매의 유동 방향을 전환하여 냉매가 냉/온수 제조 장치(212) 또는 실외 열 교환기(208)에 공급되도록 한다. 냉방 모드에서 실외 열 교환기(208)는 고온·고압의 기체 냉매와 외부 공기와의 열 교환이 이루어지도록 하여 냉매를 외부 공기보다는 온도가 높지만 외부 공기에 의하여 냉각된 고압의 기체 냉매로 만든다. 이 때 팽창 밸브(210)는 실외 열 교환기(208)를 통과한 냉매의 압력을 고압에서 저압으로 떨어뜨린다. 한편, 난방모드에서 팽창밸브(210)는 냉/온수 제조 장치(212)를 통과한 냉매의 압력을 고압에서 저압으로 떨어뜨린다.
냉/온수 제조 장치(212)는 열 교환기로서 고온 또는 저온의 냉매와 물 사이에 열 교환이 이루어져 온수 또는 냉수가 제조된다. 냉/온수 제조 장치(212)는 냉방 모드에서 냉수를 제조하고, 난방 모드에서 온수를 제조한다. 이 냉/온수 제조 장치(212)에서 만들어지는 냉수 또는 온수는 실내 열 교환기(218)에 공급되어 냉방 또는 난방에 사용된다. 순환 펌프(220)는 실내 열 교환기(220)와 냉/온수 제조 장치(212) 사이의 물의 순환이 원활하게 이루어지도록 한다.
냉/온수 제조 장치(212)의 경우, 냉매관(212A)을 직접 실내 열 교환기(218)에 연결하지 않은 것은 냉매관(212A)의 배관 길이를 최소화하기 위한 것이다. 또한 이산화 탄소(CO2) 를 냉매로 사용하기 때문에 냉매의 작동 압력은 약 80~150기압까지 상승함에 따라, 만약 실내 열 교환기에(218) 구조적인 결함을 갖고 있을 경우에는 실내 열교환기가 압력을 견디지 못하여 실내에서 터질 수 있는 문제를 미리 피하기 위한 것이다. 따라서 냉/온수 제조 장치(212)를 통해 냉수 또는 온수를 제조하여 냉방 또는 난방을 실시하면 냉매관보다 유지보수가 쉽고 실내 열 교환기(218)의 폭발 위험성을 차단할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기 조화기의 동작은 다음과 같다. 도 3A는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 냉방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이다. 도 3A에서 실선으로 나타낸 화살표는 냉매의 유동 방향을 나타낸 것이고, 점선으로 나타낸 화살표는 물의 유동 방향을 나타낸 것이다. 냉방 모드에서, 본 발명에 따른 공기 조화기의 온수 제조 장치(204)에서는 온수가 제조되고, 냉/온수 제조 장치(212)에서는 냉수가 제조된다. 즉, 냉방 모드에서도 냉수와 온수의 제조가 모두 가능하여 온수 공급과 냉방을 모두 구현할 수 있다.
도 3A에 나타낸 바와 같이, 압축기(202)에서 고온·고압으로 압축된 기체 냉매가 온수 제조 장치(216)를 통과할 때 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 물 사이에 열 교환이 이루어져 물의 온도는 상승하고, 냉매의 온도는 낮아진다. 이와 같이 온수 제조 장치(204)에서 제조된 온수는 순환 펌프(214)를 통해 온수 저장 탱크(216)로 이동하여 저장된다. 온수 제조 장치(204)를 통과한 냉매는 사방 밸브(206)를 통해 실외 열 교환기(208)에 유입된다. 실외 열 교환기(208)에서 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 실외 공기 사이에 열 교환이 이루어져서 냉매의 온도는 더욱 낮아진다. 실외 열 교환기(208)를 통과한 저온·고압의 기체 냉매는 팽창 밸브(210)에 의해 압력이 낮아지고, 저온·저압의 냉매가 냉/온수 제조 장치(212)에 유입된다. 따라서 냉/온수 제조 장치(212)에서는 저온의 냉수가 제조된다. 냉/온수 제조 장치(212)에서 제조된 냉수가 실내 열 교환기(218)를 통과할 때 저온의 냉매와 고온의 실내 공기 사이에 열 교환이 이루어져 실내 공기의 온도는 낮아지고 냉매의 온도는 상승한다. 냉/온수 제조 장치(212)를 통과한 냉매는 사방 밸브(206)를 통해 다시 압축기(202)로 유입된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 공기 조화기는 냉방 모드에서 온수와 냉수를 모두 제조함으로써, 온수 공급과 냉방을 동시에 실시한다.
도 3B는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 난방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이다. 도 3B에서 실선으로 나타낸 화살표는 냉매의 유동 방향을 나타낸 것이고, 점선으로 나타낸 화살표는 물의 유동 방향을 나타낸 것이다. 난방 모드에서, 본 발명에 따른 공기 조화기의 온수 제조 장치(204)와 냉/온수 제조 장치(212)에서 모두 온수가 제조된다.
도 3B에 나타낸 바와 같이, 압축기(202)에서 고온·고압으로 압축된 기체 냉매가 온수 제조 장치(216)를 통과할 때 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 물 사이에 열 교환이 이루어져 물의 온도는 상승하고, 냉매의 온도는 낮아진다. 이와 같이 온수 제조 장치(204)에서 제조된 온수는 순환 펌프(214)를 통해 온수 저장 탱크(216)로 이동하여 저장된다. 온수 제조 장치(204)를 통과한 냉매는 사방 밸브(206)를 통해 냉/온수 제조 장치(212)에 유입된다. 냉/온수 제조 장치(212)에 유입되는 냉매는 아직 고온·고압이기 때문에 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 물 사이에 열 교환이 이루어져 냉매의 온도는 낮아지고 물의 온도는 상승하여 온수가 제조된다. 냉/온수 제조 장치(212)에서 제조된 온수가 실내 열 교환기(218)를 통과할 때 고온의 온수와 상대적으로 저온인 실내 공기 사이에 열 교환이 이루어져 실내 공기의 온도가 상승함으로서 난방이 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 공기 조화기는 난방 모드에서 온수 제조를 통해 온수 공급과 난방을 동시에 실시한다.
본 발명에 따른 온수 제조 장치를 가진 공기 조화기는 냉방 모드에서 온수 제조와 냉방을 동시에 실시할 수 있고 또 난방 모드에서는 온수 제조와 난방을 동시에 실시할 수 있어서 냉방 또는 난방을 실시하면서 항상 온수를 제조하여 공급할 수 있다.
도 1은 종래의 냉매를 이용한 온수 제조 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 구성을 나타낸 도면.
도 3A는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 냉방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면.
도 3B는 본 발명에 따른 냉수 및 온수 제조 장치를 구비한 공기 조화기의 난방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
102, 202 : 압축기
104 : 열 교환기
106, 210 : 팽창 밸브
108 : 증발기
110, 214, 220 : 순환 펌프
112, 216 : 온수 저장 탱크
204 : 온수 제조 장치
206 : 사방 밸브
208 : 실외 열 교환기
212 : 냉/온수 제조 장치
218 : 실내 열 교환기

Claims (7)

  1. 냉매를 압축하여 고온의 기체 상태로 만드는 압축기와;
    상기 압축기에서 만들어진 고온의 냉매와 물 사이의 열 교환을 통해 온수를 제조하는 온수 제조 장치와;
    냉매와 외부 공기 사이의 열 교환을 수행하는 실외 열 교환기와;
    냉수 및 온수와 실내 공기 사이의 열 교환을 수행하는 실내 열 교환기와;
    상기 온수 제조 장치를 통과한 냉매와 물 사이의 열 교환을 통해 온수를 제조하고, 상기 실외 열 교환기를 통과한 냉매와 물사이의 열 교환을 통해 냉수를 제조하는 냉/온수 제조 장치를 포함하는 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실내 열교환기는,
    상기 냉/온수 제조 장치에서 만들어진 냉수 및 온수와 상기 실내 공기 사이의 열 교환을 수행하고;
    상기 열 교환을 통해 실내 공간의 냉방 및 난방을 실시하는 공기 조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    이산화탄소를 냉매로 이용하는 것이 특징인 공기 조화기.
  4. 공기 조화기에 있어서,
    냉매를 압축하여 고온으로 만드는 압축기와;
    상기 고온의 냉매와 상대적으로 저온인 물 사이에 열 교환이 이루어져 온수가 제조되는 온수 제조 장치와;
    냉매와 물 사이의 열 교환을 통해 냉매의 온도에 따라 냉수와 온수 가운데 하나를 제조하는 냉/온수 제조 장치와;
    냉방 모드일 때 상기 온수 제조 장치를 통과한 냉매와 외부 공기 사이의 열 교환을 수행하고 난방 모드일 때 상기 냉/온수 제조 장치를 통과한 냉매와 외부 공기 사이의 열 교환을 수행하는 실외 열 교환기와;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매가 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 상기 냉/온수 제조 장치와 상기 실외 열 교환기 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유동 방향을 전환하는 사방 밸브와;
    냉방 모드일 때 상기 실외 열 교환기를 통과한 냉매의 압력을 고압에서 저압으로 떨어뜨리고, 난방 모드일 때 상기 냉/온수 제조 장치를 통과한 냉매의 압력을 고압에서 저압으로 떨어뜨리는 팽창 밸브를 포함하는 공기 조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉/온수 제조 장치는 냉방 모드일 때 냉수를 제조하고 난방 모드일 때 온수를 제조하는 것이 특징인 공기 조화기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉/온수 제조 장치에서 제조되는 냉수와 온수 가운데 하나가 상기 실내 열 교환기에 유입되고, 상기 유입된 공기와 실내 공기와 열 교환을 통해 실내 공간의 냉방과 난방이 이루어지는 것이 특징인 공기 조화기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    이산화탄소를 냉매로 이용하는 것이 특징인 공기 조화기.
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